CN105713348A - 碳纳米管环氧树脂复合材料应变传感器及制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纳米管环氧树脂复合材料应变传感器，包括应变体，以及设置在应变体的两端的导电体；应变体由碳纳米管/环氧树脂复合材料制成，碳纳米管/环氧树脂复合材料主要由环氧树脂A剂、碳纳米管和固化剂B剂组成。本碳纳米管/环氧树脂复合材料应变传感器电阻变化率与应变的比值可以达到20以上，无需精度极高的数字电桥应变仪即可较为准确的测量出应变，灵敏度方面有较大优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纳米管环氧树脂复合材料应变传感器及制作工艺。
背景技术
应变是一个在工程实践中经常用到的物理量，在结构设计、材料研发和航空航天等领域都需要对应变进行精确测量。应变的测量有很多种方法，如非接触式光学测量法，该种方法方便易操作，结果显示直观，但应变云图较为粗糙，不够准确，在要求高精度应变测量场合并不适用。传统精确测量应变的方法为电测法，该方法可以较为准确的得到某一个点的应变值，所需要的元器件为电阻式应变片和应变测量仪。应变片一般由敏感栅、基体材料、引出线和其他辅助结构等组成，当应变片贴附于被测结构表面时，随着被测结构变形，贴附处产生的应变就会传递到应变片的敏感栅上，随即产生微弱的电信号并由引出线输出。通过应变测量仪，应变信号将被转换并反馈出来。
传统电阻式应变片在收到拉伸应变后，电阻也会改变，但其电阻比变化率（电阻变化/初始电阻）与应变的比值为2，即灵敏度为2，电阻变化相当微弱，故需要精度极高的数字电桥测量其电阻变化。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纳米管环氧树脂复合材料应变传感器及作工艺，本碳纳米管/环氧树脂复合材料应变传感器电阻变化率与应变的比值可以达到20以上，无需精度极高的数字电桥应变仪即可较为准确的测量出应变，灵敏度方面有较大优势。
为解决上述技术问题，本发明提供一种碳纳米管环氧树脂复合材料应变传感器，包括应变体，以及设置在应变体的两端的导电体；应变体由碳纳米管/环氧树脂复合材料制成，碳纳米管/环氧树脂复合材料主要由环氧树脂A剂、碳纳米管和固化剂B剂组成。
进一步地，导电体为铜丝。
一种上述碳纳米管环氧树脂复合材料应变传感器的制作工艺，包括以下步骤：
S1：将经预热后的环氧树脂A剂与碳纳米管按混合，再向其中加入固化剂B剂后进行搅拌和脱泡处理，得到碳纳米管/环氧树脂复合材料；
S2：将导电筛网切割成回字形电极，并将碳纳米管/环氧树脂复合材料涂覆在回字形电极之间经固化后形成备用传感器；然后根据需要将备用传感器切割成所需的形状。
进一步地，步骤S1具体包括以下步骤：
S11：将碳纳米管置于不高于零下20°的环境中保存，将环氧树脂A剂置于80°~90°的环境中预热30分钟~40分钟；
S12：将碳纳米管置于经预热后的环氧树脂A剂中进行搅拌4分钟~6分钟；向碳纳米管和环氧树脂A剂的混合物中加入固化剂B剂，搅拌4分钟~6分钟后再进行脱泡处理，最终得到碳纳米管/环氧树脂复合材料；
其中，所加入的环氧树脂A与环氧树脂A剂和固化剂B剂的质量份数比为650：1：350。
进一步地，步骤S2具体包括以下步骤：
S21：将第一胶带纸（能否详细描述是什么胶带纸）反向置于光滑平板上，将导电筛网切割成回字形电极；
S22：将回字形电极贴在第一胶带纸上，再利用第二胶带纸将回字形电极的上下两部分各覆盖一半；
S23：将步骤1中得到的碳纳米管/环氧树脂复合材料均匀涂覆在回字形电极的中间，以及露出部分的回字形电极上后，进行固化并去除第一胶带纸和第二胶带纸后得到备用传感器；
S24：将根据所需的形状切割备用传感器得到应变传感器成品。
进一步地，导电筛网采用的是300-500目的纯铜筛网。
本发明的有益效果为：本碳纳米管/环氧树脂复合材料应变传感器电阻变化率与应变的比值可以达到20以上，无需精度极高的数字电桥应变仪即可较为准确的测量出应变，灵敏度方面有较大优势。
附图说明
图1为回字形电极的结构示意图；
图2为步骤S22的制作图；
图3为备用传感器的结构示意图；
图4为本应变传感器的侧视图。
其中：1、光滑平板；2、第一胶带；3、回字形电极；4、第二胶带；5、应变体。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图4所示的一种碳纳米管环氧树脂复合材料应变传感器，包括应变体5，以及设置在应变体5的两端的导铜丝；应变体5由碳纳米管/环氧树脂复合材料制成，碳纳米管/环氧树脂复合材料主要由环氧树脂A剂、碳纳米管和固化剂B剂组成。
一种上述碳纳米管环氧树脂复合材料应变传感器的制作工艺，包括以下步骤：
S11：将碳纳米管置于不高于零下20°的环境中保存，将环氧树脂A剂置于80°~90°的环境中预热30分钟~40分钟。
S12：将碳纳米管置于经预热后的环氧树脂A剂中进行搅拌4分钟~6分钟；向碳纳米管和环氧树脂A剂的混合物中加入固化剂B剂，搅拌4分钟~6分钟后再进行脱泡处理，最终得到碳纳米管/环氧树脂复合材料；其中，所加入的环氧树脂A与环氧树脂A剂和固化剂B剂的质量份数比为650：1：350。
S21：将第一胶带2纸（能否详细描述是什么胶带纸）反向置于光滑平板1上（即胶面朝上），将300-500目的纯铜筛网切割成回字形电极3（如图1所示）。
S22：如图2所示，将回字形电极3贴在第一胶带2纸上，再利用第二胶带4纸将回字形电极3的上下两部分各覆盖一半。
S23：将步骤1中得到的碳纳米管/环氧树脂复合材料均匀涂覆在回字形电极3的中间，与其相邻的回字形电极3上述也涂覆上碳纳米管/环氧树脂复合材料，最后将光滑平板1与涂覆好后的成品放入80摄氏度恒温箱中固化3小时。
S24：将根据所需的形状切割备用传感器得到应变传感器成品，例如沿如图3所示的虚线进行切割。
Claims (6)
1.一种碳纳米管环氧树脂复合材料应变传感器，其特征在于，包括应变体，以及设置在所述应变体的两端的导电体；所述应变体由碳纳米管/环氧树脂复合材料制成，所述碳纳米管/环氧树脂复合材料主要由以下组分组成：环氧树脂A剂60wt%~70wt%；碳纳米管0.1wt%~1wt%；固化剂B剂29wt%~39wt%。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管环氧树脂复合材料应变传感器，其特征在于，所述导电体为铜丝。
3.一种权利要求1或2所述的碳纳米管环氧树脂复合材料应变传感器的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将经预热后的环氧树脂A剂与碳纳米管按混合，再向其中加入固化剂B剂后进行搅拌和脱泡处理，得到碳纳米管/环氧树脂复合材料；
S2：将导电筛网切割成回字形电极，并将所述碳纳米管/环氧树脂复合材料涂覆在所述回字形电极之间经固化后形成备用传感器；然后根据需要将所述备用传感器切割成所需的形状。
4.根据权利要求3所述的碳纳米管环氧树脂复合材料应变传感器的制作工艺，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11：将碳纳米管置于不高于零下20°的环境中保存，将环氧树脂A剂置于80°~90°的环境中预热30分钟~40分钟；
S12：将碳纳米管置于经预热后的环氧树脂A剂中进行搅拌4分钟~6分钟；向碳纳米管和环氧树脂A剂的混合物中加入固化剂B剂，搅拌4分钟~6分钟后再进行脱泡处理，最终得到碳纳米管/环氧树脂复合材料；
其中，所加入的环氧树脂A与环氧树脂A剂和固化剂B剂的质量份数比为650：1：350。
5.根据权利要求3所述的碳纳米管/环氧树脂复合材料扭矩测量传感器的制作工艺，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21：将第一胶带纸（能否详细描述是什么胶带纸）反向置于光滑平板上，将导电筛网切割成回字形电极；
S22：将回字形电极贴在所述胶带纸上，再利用第二胶带纸将回字形电极的上下两部分各覆盖一半；
S23：将步骤1中得到的所述碳纳米管/环氧树脂复合材料均匀涂覆在回字形电极的中间，以及露出部分的回字形电极上后，进行固化并去除第一胶带纸和第二胶带纸后得到备用传感器；
S24：将根据所需的形状切割备用传感器得到应变传感器成品。
6.根据权利要求1或5所述的碳纳米管/环氧树脂复合材料扭矩测量传感器的制作工艺，其特征在于，所述导电筛网采用的是300-500目的纯铜筛网。
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